梨多倍體及其利用研究進展

何子順，張虎平，張 峰

專題綜述

梨多倍體及其利用研究進展

何子順1，張虎平2，張 峰1

(1.庫爾勒市香梨研究中心，新疆 庫爾勒 841000；2.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)梨工程技術(shù)研究中心，江蘇 南京，210095)

梨多倍體普遍存在，是梨育種和生產(chǎn)上利用的重要種質(zhì)，常見的梨多倍體主要是三倍體和四倍體。圍繞現(xiàn)有梨多倍體的基本情況、獲得多倍體的途徑和多倍體的利用等，對相關(guān)研究成果進行了綜述，對梨多倍體利用存在的問題進行了分析，并對今后梨多倍體研究方向進行展望。

梨；多倍體；利用；進展

同其他植物一樣，梨(Pyrus spp.)多倍體也普遍存在。梨體細(xì)胞的染色體數(shù)為34，其配子染色體(n)為17，大多數(shù)梨品種屬于二倍體。梨三倍體體細(xì)胞染色體數(shù)為51，四倍體則為68，梨多倍體突出的特點是果實大，有抗逆性和適應(yīng)性強等優(yōu)點，四倍體還是培育多倍體的優(yōu)良種質(zhì)。探討梨多倍體的基本情況，對梨多倍體在生產(chǎn)和育種方面的利用有著重要意義。研究表明自然存在的梨多倍體分布廣，有的多倍體已成為當(dāng)?shù)刂髟曰蛱厣贩N，科研工作者也通過芽變選種和雜交育種的方式選育出多個多倍體，并在生產(chǎn)上得到利用。有關(guān)梨多倍體的系統(tǒng)論述少有報道，針對現(xiàn)有梨多倍體產(chǎn)生途徑及在生產(chǎn)育種上的利用、存在的問題等進行綜述，以期為梨多倍體的生產(chǎn)和育種研究提供參考。

1 梨多倍體

1.1 已鑒定的多倍體

由表1可知，梨多倍體普遍存在于木梨(P. xerophila Yü)、杏葉梨(P. axmeniacaefolia Yü)、白梨(P. bretschneideri Rehd.)、砂梨(P. pyrifolia Nakai)、秋子梨(P. ussuriensis Maxim)、新疆梨(P. sinkiangensis Yü)和西洋梨(P. communis L.)等不同種類。目前已鑒定的多倍體中，就數(shù)量而言西洋梨最多。

1.2 多倍體的特點

梨多倍體突出的特點是果實大，大水核、四倍體鴨梨和沙01分別比其二倍體對照品種大207%、143%和69%[10]，四倍體花蓋王梨單果重是對照二倍體花蓋的2倍[9]，2x、4x嵌合體魯梨1號果實比對照二倍體巴梨大60%[19]。黃禮森等[10]分析總結(jié)了梨多倍體的性狀特點，與二倍體品種相比較多倍體有4個特點：一是表現(xiàn)為枝粗、葉大、果大和花大等巨大性特征；二是新陳代謝旺盛，酶的活性強，物質(zhì)合成能力強；三是抗逆性和適應(yīng)性強；四是可孕性下降，花粉量減少，花粉發(fā)芽率低，種子少或不飽滿，種子出苗率也低。但是以上這些特點在不同品種間有差異。據(jù)黃禮森等[10]和楊振等[22]觀察，在相同條件下，四倍體鴨梨的抗黑星病能力和耐寒力均不及二倍體鴨梨，沙01枝干抗梨腐爛病和抗寒能力比庫爾勒香梨差，大水核的果實比二倍體易得輪紋??；同時在果實的含糖量方面，一些梨多倍體如大水核、四倍體鴨梨和沙01等都低于其對照的二倍體。

2 獲得多倍體途徑

表1 已報道的梨多倍體

自然變異是梨樹多倍體產(chǎn)生的重要途徑，包括自然雜交實生變異和芽變。但是由于其產(chǎn)生受多種條件的限制，產(chǎn)生頻率極低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到多倍體育種所需的大量群體結(jié)構(gòu)。隨著生命科學(xué)的逐步發(fā)展，人工創(chuàng)造已成為獲得多倍體的一種新途徑，常用方法是用多倍體作親本進行雜交，除此之外還有化學(xué)和物理誘導(dǎo)、胚乳培養(yǎng)、原生質(zhì)體融合等。

2.1 有性雜交

二倍體和四倍體雜交是人工培育三倍體最普遍、最有效的途徑[23]。已在生產(chǎn)上應(yīng)用的品種，如普里德[4]、美爾頓[16]和華幸[21]都是由二倍體和四倍體雜交培育獲得。二倍體品種間相互雜交或自然授粉后代中可出現(xiàn)多倍體，但出現(xiàn)多倍體的頻率是很低的，龍園洋紅是一例，其親本56-5-20和喬瑪都是二倍體。李樹玲等較為詳細(xì)地研究了以多倍體為親本做雜交F1倍性發(fā)生規(guī)律，F(xiàn)1大多能產(chǎn)生一定比例的多倍體：以四倍體鴨梨為母本與二倍體蘋果梨雜交，F(xiàn)1代出現(xiàn)了二倍體、三倍體、四倍體與非整倍體，其中三倍體和四倍體的出現(xiàn)幾率分別為62.5%和25.0%[24]。四倍體與四倍體正反交，F(xiàn)1代出現(xiàn)四倍的幾率為97.0%，非整倍體的幾率為3.0%；四倍體與三倍體正反交，F(xiàn)1代出現(xiàn)二倍體、三倍體、四倍體和非整倍體的幾率分別為34.0%、38.3%、6.4%和21.3%；四倍體與二倍體正反交，F(xiàn)1代出現(xiàn)二倍體和三倍體的幾率分別為95.5%和4.5%[25]。三倍體與三倍體正反交，F(xiàn)1代出現(xiàn)二倍體、三倍體、四倍體和非整倍體的幾率分別為81.3%、6.3%、3.1%、和9.4%；三倍體與二倍體品種相互雜交F1代中沒有發(fā)現(xiàn)多倍體[26]。

2.2 化學(xué)因素誘導(dǎo)

植物上用來誘導(dǎo)多倍體的化學(xué)物質(zhì)在梨上多數(shù)可以應(yīng)用，應(yīng)用效果最好且最為廣泛的化學(xué)誘變劑是秋水仙素。2002年，日本研究人員報道了在日本梨(Pyrus pyrifolia Nakai cv. Hosui)上用秋水仙素處理，獲得4株二倍體和四倍體的嵌合體，后用組織培養(yǎng)方法獲得四倍體芽[27]。孫洪雁等[28]報道用秋水仙堿誘導(dǎo)豐水梨離體葉片再生獲得了四倍體、三倍體和混倍體，誘導(dǎo)率最高可達(dá)6.1%。

2.3 物理因素誘導(dǎo)

物理因素包括溫度劇變、機械創(chuàng)傷、電離輻射、非電離輻射、離心力等。孫清榮等[29]用γ射線照射梨試管苗，得到了三倍體和四倍體的變異。雖然這些方法也可以引起染色體組的加倍，但由于射線會造成染色體的損傷、斷裂和丟失等，造成劣變，難以在生產(chǎn)實踐中廣泛應(yīng)用。

2.4 胚乳培養(yǎng)

梨種子的胚乳為三倍體組織，是雙受精的產(chǎn)物，具有雙親的遺傳物質(zhì)，對育種后代性狀有一定的預(yù)見性。隨著生物技術(shù)的迅速發(fā)展，開辟了利用胚乳培養(yǎng)獲得多倍體育種的新途徑，趙惠祥[30]獲得了錦豐梨的胚乳培養(yǎng)植株，但其體細(xì)胞染色體大多是非整倍的，是三倍體的極少。由于植物胚乳植株的誘導(dǎo)率較低，胚乳培養(yǎng)對基因型依賴較強，難以育出性狀優(yōu)良的三倍體植株，從而限制了胚乳植株在植物育種及遺傳研究中的進一步應(yīng)用[31]。

2.5 細(xì)胞融合

原生質(zhì)體融合又稱為體細(xì)胞雜交法，其建立在原生質(zhì)體與組織培養(yǎng)相結(jié)合的基礎(chǔ)之上，通過原生質(zhì)體融合可以克服遠(yuǎn)緣雜交的生殖障礙，從而獲得有價值的多倍體植株。原生質(zhì)體融合技術(shù)獨特之處就是可以用來產(chǎn)生體細(xì)胞雜種和體-配雜種，目前通過原生質(zhì)體融合已經(jīng)成功地培育出一些果樹的體細(xì)胞雜種植株，而體-配融合尚處于研究階段。Ochatt等獲得了野生西洋梨(P. communis var. Pyraster)和Colt櫻桃(Prunus avium × pseudocerasus)亞科間果樹體細(xì)胞雜種，已獲得的果樹體細(xì)胞雜種植株基本表現(xiàn)正常，并表現(xiàn)出典型四倍體特點[32]。

3 多倍體的利用

3.1 多體倍在生產(chǎn)上的利用

多倍體在生產(chǎn)上主要是利用其果實的“巨型性”，果實單果重大深受廣大消費者歡迎，這種性狀能夠利用無性繁殖的方式固定，并保持穩(wěn)定而不分離，在生產(chǎn)上長期利用。在生產(chǎn)上成為地方主栽品種的梨多倍體主要是三倍體，如：安梨主要分布于河北省東北部和遼寧省、吉林省等地，栽培歷史在500年以上[5]；軟兒梨主要分布在甘肅省、青海省、寧夏等地，以蘭州著名[6]；皮胎果梨是甘肅省臨夏優(yōu)良地方梨栽培品種，主要分布在甘肅省臨夏回族自治州，2006年栽植面積5 380 hm2[8]；豬頭梨是甘肅省武威市的特色農(nóng)產(chǎn)品[14]；2x、4x嵌合體芽變魯梨1號在1996年山東省平度已發(fā)展115 hm2[19]；龍園洋紅當(dāng)前已在黑龍江省發(fā)展600 hm2以上。

3.2 多倍體在育種上的利用

四倍體與二倍體雜交是培育三倍體的有效途徑，李樹玲等[24，25，33，34]已證明四倍體鴨梨和沙01是獲得較多多倍體的理想親本，理論上其他四倍體也是培育三倍體的理想親本。我國利用這種方式已育成華幸新品種[21]。

4 多倍體利用存在的問題與展望

梨多倍體豐富了梨種質(zhì)資源，在生產(chǎn)和品種選育方面有一定貢獻(xiàn)，但也存在一些問題。梨多倍體育性普遍下降，花粉可孕性低，在生產(chǎn)上不能當(dāng)授粉樹。還有一些多倍體表現(xiàn)坐果率低、豐產(chǎn)性差。因此，多年來規(guī)模栽培的梨多倍體不多，尤其是四倍體，如庫爾勒香梨芽變四倍體沙01，1969年發(fā)現(xiàn)于新疆庫爾勒市域內(nèi)的巴州沙依東園藝場，當(dāng)前只是零星栽培，像這樣的還有花蓋梨四倍體芽變花蓋王、鴨梨四倍體芽變。在多倍體的選育上常發(fā)生嵌合體，有的嵌合體可以分離獲得多倍體，有的則很難。在新品種的選育方面以多倍體為育種目標(biāo)的還不多，以現(xiàn)有多倍體為親本的雜交育種還較少。

選育梨多倍體有多種方法，但是芽變選育四倍體和自然雜交實生選育三倍體仍是今后選育多倍體的一種重要方法，二倍體和四倍體雜交是選育三倍體的主要方式，對二倍體進行化學(xué)誘變是人工選育四倍體的有效方法。采用物理誘導(dǎo)、胚乳培養(yǎng)、原生質(zhì)體融合等方法培育梨多倍體，合理利用現(xiàn)有梨多倍體種質(zhì)資源，將是今后梨多倍體研究的問題。

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2016-01-28

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項資金資助(CARS-29-42)

何子順(1970-)，男，碩士，高級工程師，主要從事果樹育種與栽培研究工作。研究方向為梨育種與栽培。電話：0996-2106791；E-mail: herzishun@163.com

1005-345X(2016)03-0015-04

S661.2

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